岩锚梁施工方案及岩锚梁砂浆锚杆施工方法

主洞库Ⅱ合同段主坑三区岩锚梁施工方案一、工程概况主洞库Ⅱ合同段主坑三区岩锚梁主边、副边各223.9m长，梁高1.8m，梁顶宽1.4m，设计采用C30钢筋混凝土结构，岩锚梁支撑岩台与主洞库垂直边墙呈30o夹角，由于结构上强度和精确度要求高，使用上要求确保安全稳定，岩锚梁的施工俨然成为一号洞的最关键部位。目前，三区拱部混凝土被覆已完成72m，基本上具备了开挖岩锚梁岩板层的施工条件。二、岩锚梁施工程序开挖卸渣竖井开挖第一层岩板开挖岩锚梁岩锚梁锚杆施工钢筋绑扎安装立模灌筑混凝土拆模养生开挖第二层岩板预留保护层钢筋洞外加工拱顶混凝土的防护图1岩锚梁施工程序三、岩锚梁的开挖1、岩板开挖分层高度根据总体施工方案，三区A1区和A2区之间中隔板厚10m，为便于岩锚梁施工，岩板分两层开挖，如图2所示，首先自+21.0m向下开挖至+15.5m，为第○I层，开挖高度5.5m，保留第○II层岩板厚4.5m，平台顶面距岩锚梁底高度为1.5m，这样的分层高度，既满足岩锚梁岩台开挖、锚杆施工所需空间，方便混凝土模板和支架的安装，同时兼顾下层岩板的安全性。第○I层岩板的开挖采用松动控制爆破、中心拉槽、两侧预留保护层跟进的开挖方法。为方便出碴，同时不对拱顶混凝土的施工形成干扰，先在A1-1和A1-3之间开挖贯通横洞，然后在横洞内向上开挖3m×3m竖井，第一层岩板开挖时，石渣从竖井卸到A1区，用装载机装碴，自卸车运出洞外。2、岩台保护层厚度的确定为防止岩板开挖时对岩锚梁岩台围岩的破坏，维护岩台的稳定，开挖第○I层岩板时，先拉中槽，两边预留足够厚度的岩台保护层。根据主坑三区围岩情况及爆破方式，初步确定保护层厚度为1.5m，留取方法是，在拉中槽时，先预留3.5~4.0m保护层，然后采用光面爆破法逐层剥离至1.5m厚保护层，使保护层外侧形成垂直岩面，这样，既能减小对岩台围岩的扰动，又方便保护层及岩台面的钻孔开挖，如图3所示。图3岩锚保护层的留取方法3、岩锚梁岩台的开挖为确保岩台面表面平整，减小因爆破对岩台围岩的破坏，控制超欠挖，岩台开挖采用光面爆破，爆破参数通过计算及类比法确定，并以现场试验优化后的参数为基础实施。由于三区有部分III类围岩区，该地段由于节理裂隙发育、岩脉穿插频繁，岩体强度均一性差，工程爆破很难保证，该段采用先锚固支护再进行爆破开挖。锚杆采用Ф22*L3，锚杆孔深4.5-5m深，锚杆纵向间距80cm，设置4排。为确保岩锚梁部位开挖成功，在下面开挖方案基础上另设计了备用开挖方案。（1）岩台光面爆破质量指标岩台开挖轮廓面成型规则，岩面平整，岩台拐角保存完整，岩台开挖质量，超欠挖控制，炮痕残留率严格控制在规范允许范围以内。（2）岩台的开挖顺序岩台及其保护层的开挖分三步进行，如图4所示，第一是光面爆破将保护层厚度减小到40~50cm；第二是沿岩台下边墙墙面开挖出下边墙；第三是岩台上边墙及岩台面光面爆破。图4岩锚梁岩台的开挖顺序（3）岩台的开挖方法开挖方法正确与否关系到岩台开挖轮廓能否符合设计要求，岩台表面能否平整。开挖方法涉及造孔方向的选择、机具选择及减少超挖防止欠挖的措施。岩台保护层及岩台面的开挖主要采用手持风动凿岩机钻孔，以便于控制超欠挖，做到精雕细刻。在钻孔方向上，上下边墙一般有纵向水平钻孔和竖向钻孔两种方法，岩台斜面也有纵向水平钻孔和自下拐点向上拐点斜向上钻孔两种方法，现结合现场试验成果，将各种钻孔的优缺点进行对比如表1所示。钻孔方向对比试验成果表1造孔方向岩台上边墙岩台台面岩台下边墙纵向水平钻孔超欠挖满足设计要求；钻孔操作困难；施工速度慢；每排炮间有错台；不便控制超欠挖；钻孔操作困难；施工速度慢；不便控制超岩面；钻孔操作困难；施工速度慢；每排炮间有错台；竖向钻孔便于控制超欠挖；钻孔操作方便；施工速度快；不会产生纵向错台；便于控制超欠挖；钻孔操作方便；施工速度快；不会产生纵向错台；岩台面斜向上钻孔便于控制超欠挖；台面较陡，开眼困难；施工速度快；通过上表比较可以看出，岩台上、下边墙采用竖向造孔；岩台台面采用自下拐点向上拐点的斜向上钻孔方式，不但速度快，操作方便，而且能有效地控制超欠挖，保证岩台的开挖质量。（4）爆破参数的确定爆破参数通过计算并通过现场爆破试验确定。根据既定岩台开挖方法，在实施于正式岩台以前，先在其它部位进行爆破试验，通过试验对爆炮参数进行优化，并以此为基础实施光面爆破。图2所示是在II级围岩段多次试验取得的爆破参数。岩台开挖光面爆破参数表2开挖部位钻孔直径D（mm）周边眼间距a（cm）线装药密度Qx(g/m)备注下边墙4015130不耦合间距隔装药上边墙4015150隔孔装药岩台面4015150线性装药（5）减少超挖防止欠挖的措施①坚持按岩台开挖工艺流程施工；②造孔：造孔质量是影响光爆效果的关键，施工中要求做到准、直、齐、平。准就是孔位准，楔入角度小而准、钻孔深度准；直就是炮眼顺直；齐是指炮孔底部在同一深度；平是指爆破后的岩面平整无欠挖，超挖也在允许的范围内。钻孔前由测量人员用红油漆准确标出孔位，石质完整、节理不发育地段沿开挖轮廓线布孔，石质较软或破碎围岩地段在轮廓线以内5~10cm布孔，对破碎地段采用在两个炮眼中间设空孔以增强光面爆破效果。钻孔前，先在钻杆上标出钻进深度控制线，以保证孔底在一条直线上；开钻时由专人把握钻头对准孔位，保证开孔偏差不大于3cm；施钻时在相临钻孔插上标杆作为参照，严格控制钻杆角度；做到钻孔相互平行，方向一致。岩台面斜向上钻孔时，先用脚手架钢管搭设控制台架，再将自制风枪导轨安装在台架上，利用风枪倒置钻孔法钻孔，如图5所示。这样的方法既便于控制钻杆的角度，同时成功地解决了人工正常钻孔时操作高度（需2.5m）不足的难题，操作方便，施工速度快。图5斜向上钻孔方法示意图③装药结构：石质较硬地段采用小药卷间隔不耦合装药结构，如图6所示，此种装药结构不仅使孔壁受到较均匀的爆轰压力而且空气间隔起到缓冲作用，降低作用在孔壁上的始冲量从而达到光爆效果。石质较软或破碎地段，直接采用导爆索线性装药，这种装药结构对需要保留的岩台基面、结构拐点具有良好的保护作用，减震效果好。④起爆方式：导爆索连通各炮眼通过微差毫秒雷管分段起爆。四、岩锚梁砂浆锚杆施工设计上每750mm有一排砂浆锚杆，每排3根，斜向上两根受拉锚杆，成三角形布置，全长10m，入岩深8.5m；斜下向1根，全长8.5m，入岩7.0m，均采用φ36钢筋制作，另外，边墙φ25水平系统锚杆在岩锚梁处均为8m长，入岩7m，外露1.0m与岩锚梁钢筋焊接。岩锚梁对锚杆施工质量要求极高，在锚杆材质、长度、直径符合要求的情况下，锚杆的施工质量主要有两个方面：一是锚杆孔的施工质量，除要保证锚杆孔孔深、孔径符合规范要求外，最重要的是锚杆孔的角度控制；二是锚杆的锚固质量，除要保证砂浆配合比、强度符合设计及施工规范要求外，最重要的是注浆要饱满。1、锚杆施工工艺流程见图6。2、钻孔方法及工艺（1）钻机选型：采用MD-50型风动潜孔钻机钻孔。这种钻机适合于钻进65mm~130mm的孔径，本身配有导轨，钻杆可以接长，通过工作台架可以自由调整导轨及钻杆方向，完全满足岩锚梁锚杆孔的施工质量要求。（2）钻孔直径：岩锚梁锚杆设计直径为φ36，综合考虑钻机性能及注浆要求，选用φ65钻头钻孔。锚杆制作岩台面清理检查锚杆孔测量放样搭工作台架安装钻机调整钻机角度开钻打孔锚杆孔冲洗成孔检查安装锚杆及排气管注浆安装止浆塞注浆搅拌砂浆插锚杆锚杆抗拨力检查锚杆竣工验收图6岩锚梁锚杆施工工艺流程图上倾锚杆双管注浆法下倾锚杆单管注浆法（3）钻孔方法：钻机就位前，先清除岩台表面松散石块，由测量人员准确标出锚杆孔位置；然后，用φ40钢管搭设作业台架，台架上除有作业平台外，主要有前后两根横梁用于固定钻机，并通过调整横梁高低来保证钻机导轨角度，从而精确控制锚杆孔的倾角满足设计要求。成孔后，还要对钻孔角度进行检查，并用高压水和高压风将钻孔内岩粉冲洗干净，否则会降低锚固力，冲洗后用木塞临时封闭孔口，以免杂物掉入孔内。3、注浆方法及工艺（1）砂浆的配合比砂浆的配合比是决定锚杆锚固质量的重要因素，合理的配合比，不仅能确保施工质量，而且能够加快施工速度。砂浆的配合比由实验室确定，施工中严格按配合比拌料搅拌，控制水灰比。砂浆主要参数为：砂浆标号200#施工配合比水泥：砂：水=1：1：0.38~0.45砂子选用天然中粗砂，最大粒径小于2.5mm外加剂主要为微膨胀剂，掺量按规范要求（2）注浆注浆方式的选择是锚杆施工的关键，因为它直接决定着锚杆的抗拉拔能力。注浆方式一般分为双管排气注浆和单管注浆两种。双管注浆：对上倾锚杆，采用双管排气注浆施工工艺，先安装锚杆和排气管，排气管选用φ5的硬质塑料管，排气管长度要求略长于锚杆长度，然后安装上自制止浆塞，孔中缝隙用棉纱或牛皮纸封堵严实，注浆开始后，将排气管外露端插入一个装有水的玻璃瓶内，观察排气管内不再冒气泡时，证明浆已注满；注浆体终凝前，将浆止浆塞取出供其它孔使用。采用这种注浆工艺，能够使上倾锚杆孔注浆饱满，保证注浆质量。单管注浆：这种注浆方式适用于下倾锚杆注浆，不用排气管，直接将注浆管插入锚杆孔底，开始注浆后反复将注浆管向孔底送，使砂浆将孔内多余的水挤压出孔外，随后边注浆边拔出注浆管，注满后，将锚杆钢筋插入锚杆孔内，同时用水泥袋纸或塑料布封住孔口，当感到锚杆撞击孔底时，孔口要求填满砂浆，插好锚杆后用水泥袋纸封堵孔口待砂浆凝结后再取去。采用这种注浆工艺，操作简单，施工速度快，并且能保证锚杆施工质量。注浆机选用温州产UJ3型挤压式注浆泵。为避免出现高集中应力，锚杆在锚杆孔2米范围内涂沥青，锚杆涂沥青段露出岩表200mm。4、锚杆施工质量的检查和验收锚杆孔主要检查锚杆的孔位、孔向、孔径、孔深、洗孔质量等项目，锚杆体主要检查锚材材质、长度、直径、浆液性能等，最后是按规范要求抽样进行锚固力检查，其平均值不能低于设计值，以确保锚杆施工质量。五、岩锚梁混凝土的施工主坑三区岩锚梁梁体全长447.8m，断面积约2.0m2，具有长度长、断面大、钢筋密集、预埋件多、精度要求高等特点。1、岩锚梁混凝土施工分缝由于岩锚梁梁体较长，施工不可能也不允许一次浇筑，因此必须设计纵向施工分缝，同时，为减少混凝土干缩变形和干缩裂纹，根据设计要求、浇筑能力及工期要求，计划每24m设一道施工分缝，每侧分为9个浇筑段，段与段之间用榫接和钢筋连接，采用跳仓浇筑，缝面间留缝槽，纵向钢筋跨缝布置不断开。2、施工工艺流程3、岩锚梁混凝土的质量标准岩锚梁混凝土施工完成后要达到内实外美，做到强度合格、表面平整美观、结构尺寸符合设计要求、预埋件埋设误差在2mm以内，边线最大误差控制在5mm以内。4、岩锚梁混凝土的模板和支架体系由于岩锚梁梁体断面较大，精度要求高，对其混凝土的模板和支架体系也要求较高。（1）支架体系采用钢木联合支撑体系见图8所示。支架安装前，先平整场地，清洗岩台面立支架铺底模绑扎钢筋模板整修立侧模安装预埋件模板调整效正检查验收混凝土浇筑脱模养生钢筋洞外下料加工混凝土搅拌运输图7岩锚梁混凝土施工工艺流程对回填松散石渣夯实后再铺设卧木，立柱除采用外部斜撑外，为防止倾覆，设内拉杆与系统锚杆连接，确保支架的强度和刚度满足要求。图8岩锚梁混凝土支架模板体系图（2）模板体系模板采用组合钢模板内贴5mm厚聚氯乙烯板作为岩锚梁模板，组合钢模主要是保证模板的强度、刚度和稳定性，内贴聚氯乙烯板是为了使混凝土表面平整、光洁美观。所有模板接头缝用胶带贴平，保证不能漏浆。5、钢筋绑扎钢筋在洞外下料加工，运至洞内现场绑扎，绑扎时先每隔5m固定好一根标准箍筋，然后绑扎箍筋拐角纵向筋，再绑扎靠近岩壁箍筋，再扎其余纵向钢筋，再扎水平方向钢筋，扎外侧纵向钢筋的其余部分。岩锚吊车梁钢筋构造规定，钢筋保护层厚50mm，留设方法是预制50mm厚混凝土垫块，用扎丝绑扎在钢筋与模板中间；钢筋搭接全部采用焊接。6、混凝土的配合比和浇筑方式岩锚梁混凝土体积较大，水泥水化热较高，为降低水化热，减小梁体内外温差，保证混凝土强度避免梁体出现温度应力裂缝，当选用中低热水泥，采用二级配混凝土，适当减少水